Folyamatirányítás labor 2. mérés - Folyamatmodell vezérlése I. Tartályparki technológia irányítása Siemens S7-300 PLC-vel - Feladat leírás Vegyi üzemekben a folyékony alapanyagokat (sósav, kénsav, aceton, ) nagyméret tartályokban tárolják. Az egyes anyagoknak a tartályokba való betöltéséhez illetve onnan a felhasználás felé történ kiadásukhoz megfelel cshálózat, szivattyúk, csapok, szelepek és alkalmas mszerezettség szükséges. A mérési feladat egy olyan egyszersített tartály modell irányítása Siemens S7-314 PLC-vel, amely az alábbi ábra szerint egyetlen tartályt tartalmaz. Az elkészítend programnak a tartályba való betároláshoz, illetve az abból történ kitároláshoz kell a csapokat és a szivattyút megfelelen mködtetni. A cshálózat kialakítása olyan, hogy a tartályba való betárolás és az abból történ kitárolás egyidejleg nem lehetséges, ugyanis mindkét mvelethez ugyanazt a szivattyút kell mködtetni, és ugyanannak a mennyiségmérnek (FIQ) az impulzusai alapján kell a tárolt mennyiséget számolni. A betároláshoz a B1, B2 és L csapokat, a kitároláshoz pedig az L, K és U1 vagy U2 csapokat kell kinyitni. A technológia mködtetéséhez a kezeli felületet egy operátori panel, a mködést pedig egy, a sémának megfelel elrendezés LED-ekbl és kapcsolókból felépített modell biztosítja. A mérésre való otthoni felkészüléskor az útmutatóban szerepl feladat szerint meg kell tervezni a Betárolás és Kitárolás technológiai mveletek PLC programjait, és azt általános létradiagram formában még otthon el kell készíteni papíron! A megtervezett PLC programot a mérésvezet a mérés eltt ellenrzi! BME Irányítástechnika és Informatika Tanszék 2012 1
Ezt követen kiválasztja, hogy a csoport a mérés során a két mveletbl melyiket programozza be a PLC-be. A mérés során meg kell ismerni a Siemens Simatic Step7 PLC fejleszt program alapszolgáltatásait, programszerkeszt és debug funkcióit, majd a mérésvezet utasításai szerint a felkészülés során megtervezett és megrajzolt létra programot kell megszerkeszteni, be kell tölteni a Siemens S7-314 PLC-be, valamint az operátori panelen keresztül mködtetve azt be kell üzemelni. A mérés során a hallgatóknak csak a PLC programot kell megszerkeszteniük és beüzemelniük, az operátori panel programját a mérésvezet a mérés eltt a panelbe betölti. A PLC programhoz a mérésvezet egy hardver konfigurációt és változó listát tartalmazó programvázat is ad. Így a mérésen csak a vezérl logika beprogramozásával kell foglalkozni, a hardver konfigurációk és kommunikációs kapcsolatok (gyakran igen idigényes) beállításait, valamint a szükséges változókat tartalmazó programvázat a csoport elre elkészítetten kapja. A mérésrl Word dokumentum formában jegyzkönyvet kell készíteni, melyet legkésbb a mérés után egy héten belül kell a mérésvezetnek beadni. FELADATOK El kell készíteni a tartályba való Betárolás és Kitárolás mveleteket vezérl PLC programokat. BETÁROLÁS Az operátori panelen a BETÁROLÁS funkció kiválasztása (MUVELET = 0), a betárolandó mennyiség megadása (KIVANT_MENNYISEG = x), majd a START képernys nyomógomb megnyomása után a PLC a következ lépéseket végezze: 1. Kezdeti ellenrzés: Ha a tartályban a folyadék szintje elérte a maximumot vagy a betárolandó mennyiség 0, a betárolás nem indulhat, START parancs törlése. 2. Mvelet elindul, (FUT = 1), K, U1 és U2 csapok bezárása. 3. Ha mindhárom csap Zárva visszajelzése megjön, továbblépés a következ lépésre, ha 5 sec után még valamelyik nyitva van, START parancs törlése (mvelet megáll) és hibajelzés az operátori panelra. (FUT = 0, HIBA = CSAPHIBA) 4. L és B2 csapok nyitása. 5. Ha mindkett nyitva, továbblépés a következ lépésre, ha 5 sec után még valamelyik nincs nyitva, START parancs törlése (mvelet megáll) és hibajelzés az operátori panelra. (FUT = 0, HIBA = CSAPHIBA) 6. B1 csap nyitása. 7. Ha nyitva, továbblépés a következ lépésre, ha 5 sec után még nincs nyitva, START parancs törlése (mvelet megáll) és hibajelzés az operátori panelra. (FUT = 0, HIBA = CSAPHIBA) 8. Betárolt mennyiség számláló törlése, SZ szivattyú indítása BME Irányítástechnika és Informatika Tanszék 2012 2
Ha a fentiek szerint elindult a betárolás, a PLC ezután a következket figyelje: - SZ szivattyú mködés visszajelzés - a FIQ impulzusok szerint a betárolt mennyiség számítása - csapállások - tartály szintjelzés - kezeli beavatkozás A betárolás azonnal álljon le a következ esetekben: Ha az operátori panelen megnyomjuk a STOP gombot. (FUT = 0, HIBA = 0, LEALLASKOD = KEZELOI_STOP) Ha a tartályban a folyadék szintje eléri, vagy meghaladja a maximumot. (FUT = 0, HIBA = 0, LEALLASKOD = TARTALY_MEGTELT) Ha elértük a betárolandó mennyiséget. (FUT = 0, HIBA = 0, LEALLASKOD = KIVANT_MENNYISEG_ELERVE) Ha 10 másodpercig nem jön FIQ impulzus (forrás kiürült). (FUT = 0, HIBA = 0, LEALLASKOD = FORRAS_KIURULT) Ha valamelyik csap nem a megfelel állású. (FUT = 0, HIBA = CSAPHIBA, LEALLASKOD = HIBA) Ha a szivattyú mködés visszajelzése 2 másodpercnél hosszabb idre megsznik. (FUT = 0, HIBA = SZIVATTYUHIBA, LEALLASKOD = HIBA) A PLC a betárolás leállításakor kapcsolja le a szivattyút, és zárjon be minden csapot. KITÁROLÁS Az operátori panelen a KITÁROLÁS funkció kiválasztása (MUVELET = 1), a kitárolandó mennyiség megadása (KIVANT_MENNYISEG = x), majd a START képernys nyomógomb megnyomása után a PLC a következ lépéseket végezze: 1. Kezdeti ellenrzés: Ha a tartályban a folyadék szintje elérte a minimumot vagy a kitárolandó mennyiség 0, a kitárolás nem indulhat, START parancs törlése. 2. Mvelet elindul, (FUT = 1), B1 és B2 csapok bezárása. 3. Ha mindkét csap Zárva visszajelzése megjön, továbblépés a következ lépésre, ha 5 sec után még valamelyik nyitva van, a mvelet megáll és hibajelzés az operátori panelra. (FUT = 0, HIBA = CSAPHIBA) 4. L és K csapok nyitása. 5. Ha mindkett nyitva, továbblépés a következ lépésre, ha 5 sec után még valamelyik nincs nyitva, START parancs törlése (mvelet megáll) és hibajelzés az operátori panelra. (FUT = 0, HIBA = CSAPHIBA) 6. U1 és U2 csap nyitása. BME Irányítástechnika és Informatika Tanszék 2012 3
7. Ha nyitva, továbblépés a következ lépésre, ha 5 sec után még valamelyik nincs nyitva, START parancs törlése (mvelet megáll) és hibajelzés az operátori panelra. (FUT = 0, HIBA = CSAPHIBA) 8. Kitárolt mennyiség számláló törlése, SZ szivattyú indítása Ha a fentiek szerint elindult a betárolás, a PLC ezután a következket figyelje: - SZ szivattyú mködés visszajelzés - a FIQ impulzusok szerint a betárolt mennyiség számítása - csapállások - tartály szintjelzés - kezeli beavatkozás A kitárolás azonnal álljon le a következ esetekben: Ha az operátori panelen megnyomjuk a STOP gombot. (FUT = 0, HIBA = 0, LEALLASKOD = KEZELOI_STOP) Ha a tartályban a folyadék szintje a minimum szint alá süllyed. (FUT = 0, HIBA = 0, LEALLASKOD = TARTALY_URES) Ha elértük a kitárolandó mennyiséget. (FUT = 0, HIBA = 0, LEALLASKOD = KIVANT_MENNYISEG_ELERVE) Ha 10 másodpercig nem jön FIQ impulzus (forrás kiürült). (FUT = 0, HIBA = 0, LEALLASKOD = FORRAS_KIURULT) Ha valamelyik csap nem a megfelel állású. (FUT = 0, HIBA = CSAPHIBA, LEALLASKOD = HIBA) Ha a szivattyú mködés visszajelzése 2 másodpercnél hosszabb idre megsznik. (FUT = 0, HIBA = SZIVATTYUHIBA, LEALLASKOD = HIBA) A PLC a kitárolás leállításakor kapcsolja le a szivattyút, és zárjon be minden csapot. BME Irányítástechnika és Informatika Tanszék 2012 4
Változók az operátori panellal való kapcsolathoz Változó Típus Panel PLC Érték MUVELET INTEGER W R 0: Betárolás 1: Kitárolás START BOOLEAN W R/W 0: - 1: START STOP BOOLEAN W R/W 0: - 1: STOP FUT BOOLEAN R W 0: Mvelet áll 1: Mvelet fut HIBAKOD INTEGER R W 0: - 1: Csap hiba 2: Szivattyú hiba LEALLASKOD INTEGER R W 0: - 1: Hiba 2: Kezeli STOP 3: Kívánt mennyiség elérve 4: Tartály megtelt 5: Tartály üres 6: Forrás üres KIVANT_MENNYISEG INTEGER W R Liter TAROLT_MENNYISEG INTEGER R W Liter Megjegyzések, kiegészítések Csapok A csapok a vezérlésre nyitnak, a vezérlés megsznésére pedig zárnak. A technológiai sémán minden csaphoz egy-egy LED tartozik (PLC kimenetek), amelyek a vezérlés kiadásakor világítanak, a vezérlés megszüntetése után pedig sötétek. A sémán minden csaphoz egy-egy kapcsoló is tartozik, amelyek a csapok nyitott illetve zárt helyzetét jelzik a PLC számára (PLC bemenetek). Amikor a PLC program egy csapot nyitásra vezérel (LED világít), akkor a megfelel kapcsolót kézzel fel kell kapcsolnunk, jelezve, hogy a csap kinyitott. Ha a kapcsolót nem kapcsoljuk fel, vagy a vezérlés megsznése után felkapcsolva hagyjuk, akkor azt a PLC programnak úgy kell tekintenie, mintha a csap a vezérlésre nem megfelelen mködne, a tárolási folyamatot le kell állítania, és hibajelzést kell adnia az operátori panelen. BME Irányítástechnika és Informatika Tanszék 2012 5
Szivattyú A szivattyú a csapokhoz hasonlóan a vezérlésre (LED világít) elindul, a vezérélés megszüntetésekor pedig leáll (LED sötét). A szivattyúhoz is tartozik egy mködés visszajelzést jelent kapcsoló. Amikor a PLC program a szivattyút elindítja, akkor kapcsolót fel kell kapcsolnunk, amikor pedig leállítja, akkor a kapcsolót vissza kell kapcsolnunk. Hibás mködés esetén a csapokhoz hasonlóan a tárolást le kell állítani, és hibajelzést kell adni. FIQ A FIQ egy mennyiségmér, amely minden átfolyt 10 liternyi folyadék után egy rövid impulzust ad a PLC-nek, amelyeket számolva a program a kívánt mennyiség elérése után le tudja állítani a tárolást. Tároláskor a FIQ impulzusok megsznése a forrás kiürülését (esetleg a cshálózat eldugulását) jelenti. Szintmér A PLC a tartályban lev folyadék szintjét egy analóg szintmérvel méri. A szintmér a PLCnek egy analóg bemenetére van kötve, és a sémán egy potenciométerrel lehet a szint változását szimulálni. Az analóg bemenetrl a potenciométer két véghelyzetének megfelelen 0..32700 közötti érték olvasható. A programnak ezt át kell számolnia centiméterre, és az operátori panelen meg kell jelenítenie a következk szerint: a 0 érték 0 cm-t, a 32700-as érték pedig 500 cm-t jelent. A tárolásoknál a program akkor tekintse a tartályt üresnek, ha a szint 20 cm alá süllyed, és akkor tekintse megteltnek, ha a szint a 480 cm-t meghaladta. Ekkor a MIN illetve MAX LEDek világítsanak. Feladat változatok - A kitároláshoz lehessen választani, hogy az U1 vagy az U2 csapon keresztül, vagy pedig mindkettn egyszerre történjen a kitárolás. - A csaphiba ne egy általános, minden csapra egységes hibakód (1) legyen, hanem rendeljünk minden egyes csaphoz saját hibakódot és az operátori panelen jelenjen meg a hibás csap neve is. - Tárolás indulásakor (a szivattyú indulásakor) engedjük meg, hogy 20 másodpercig ne legyen FIQ impulzus, de mköd tárolás közben már 10 másodpercig tartó FIQ impulzus hiánynál is álljon le a tárolás. A mérésvezet a mérés eltt a PLC programhoz ad egy induló programrészletet, amely tartalmazza a PLC konfigurációt valamint a PLC be- és kimeneteinek szimbolikus változókkal való összerendelését. A mérési feladat megoldásához ezeket kell használni. BME Irányítástechnika és Informatika Tanszék 2012 6
A mérési feladathoz a kezeli funkciókat megvalósító operátori panel az alábbi képhez hasonló képet tartalmaz és a következk szerint mködik: - A panelen a START és STOP képernys nyomógombok a PLC START és STOP nev Boolean változóiba logikai 1 értéket írnak. - Az operátori panelen a Betárolás képernys nyomógomb megnyomására a PLC MUVELET nev változójába 0 érték, a Kitárolás képernys nyomógomb megnyomására pedig 1 érték kerül. - A STOP képernys nyomógomb mellett lev szöveg (ÁLL/FUT) a PLC FUT nev változójában lev érték (0/1) alapján jelenik meg. - A Leállás szövegmezben a PLC LEALLASKOD nev változójában lev érték (0..6) szerinti felirat jelenik meg. - A Hiba szövegmezben a PLC HIBAKOD nev változójában lev érték (0..2) szerinti felirat jelenik meg. - A Mennyiség beállítás képernys nyomógomb megnyomásakor a panel egy numerikus beviteli ablakot jelenít meg, melyen a kívánt tárolási mennyiséget lehet megadni. A beírt érték a PLC KIVANT MENNYISEG nev változójába kerül, és a gomb feletti mezben numerikusan is megjelenik. - A tárolási mveletek során a tárolt mennyiséget a PLC program a TAROLT_MENNYISEG nev változóban számolja, ennek értéke a panel kép jobb alsó részén látható. - A tartályban lev anyag szintjét a PLC az analóg bemenetre kötött potenciométer szerint a SZINT_CM változójában átszámolja centiméterre, ennek értékét (0..500) a panel oszlop kijelzvel és numerikusan is megjeleníti. BME Irányítástechnika és Informatika Tanszék 2012 7
BME Irányítástechnika és Informatika Tanszék 2012 8